Дослідження робочого процесу роторно-динамічного агрегату гомогенізатора
Проаналізовані причини, що не дозволяють використовувати існуючі роторні агрегати – гомогенізатори для технологічних процесів з високими вимогами до дисперсності робочого середовища. Запропоновано спосіб розв’язання проблеми. Створено дослідний зразок роторно-динамічного агрегату гомогенізатора (РДА...
Gespeichert in:
| Datum: | 2012 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
2012
|
| Schriftenreihe: | Проблемы машиностроения |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99063 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Дослідження робочого процесу роторно-динамічного агрегату гомогенізатора / М.С. Овчаренко // Проблемы машиностроения. — 2012. — Т. 15, № 3-4. — С. 96-99. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-99063 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-990632016-04-23T03:01:55Z Дослідження робочого процесу роторно-динамічного агрегату гомогенізатора Овчаренко, М.С. Динамика и прочность машин Проаналізовані причини, що не дозволяють використовувати існуючі роторні агрегати – гомогенізатори для технологічних процесів з високими вимогами до дисперсності робочого середовища. Запропоновано спосіб розв’язання проблеми. Створено дослідний зразок роторно-динамічного агрегату гомогенізатора (РДАГ), що дозволив знайти залежності між конструктивними параметрами робочих органів та гідродинамічними ефектами в проточній частині. Проведено параметричні випробування різних конфігурацій проточних частин РДАГ. Проанализированы причини, не позволяющие использовать существующие роторные агрегаты – гомогенизаторы для технологических процессов с высокими требованиями к дисперсности рабочей среды. Предложен способ решения проблемы. Создан опытный образец роторно-динамического агрегата гомогенизатора (РДАГ), который позволил найти зависимости между конструктивными параметрами рабочих органов и гидродинамическими эффектами в проточной части. Проведены параметрические испытания различных конфигураций проточных частей РДАГ. The reasons that do not allow the use of existing rotary units - homogenizer for processes with high requirements for dispersion workspace. The method of decision of problem is offered. A prototype rotor-dynamic unit homogenizer (RDAH), which allowed to find a relationship between the design parameters of working bodies and hydrodynamic effects in the flow part. Conducted parametric tests of different configurations of flow units RDAH. 2012 Article Дослідження робочого процесу роторно-динамічного агрегату гомогенізатора / М.С. Овчаренко // Проблемы машиностроения. — 2012. — Т. 15, № 3-4. — С. 96-99. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. 0131-2928 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99063 001.891:65.011.56 uk Проблемы машиностроения Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Динамика и прочность машин Динамика и прочность машин |
| spellingShingle |
Динамика и прочность машин Динамика и прочность машин Овчаренко, М.С. Дослідження робочого процесу роторно-динамічного агрегату гомогенізатора Проблемы машиностроения |
| description |
Проаналізовані причини, що не дозволяють використовувати існуючі роторні агрегати – гомогенізатори для технологічних процесів з високими вимогами до дисперсності робочого середовища. Запропоновано спосіб розв’язання проблеми. Створено дослідний зразок роторно-динамічного агрегату гомогенізатора (РДАГ), що дозволив знайти залежності між конструктивними параметрами робочих органів та гідродинамічними ефектами в проточній частині. Проведено параметричні випробування різних конфігурацій проточних частин РДАГ. |
| format |
Article |
| author |
Овчаренко, М.С. |
| author_facet |
Овчаренко, М.С. |
| author_sort |
Овчаренко, М.С. |
| title |
Дослідження робочого процесу роторно-динамічного агрегату гомогенізатора |
| title_short |
Дослідження робочого процесу роторно-динамічного агрегату гомогенізатора |
| title_full |
Дослідження робочого процесу роторно-динамічного агрегату гомогенізатора |
| title_fullStr |
Дослідження робочого процесу роторно-динамічного агрегату гомогенізатора |
| title_full_unstemmed |
Дослідження робочого процесу роторно-динамічного агрегату гомогенізатора |
| title_sort |
дослідження робочого процесу роторно-динамічного агрегату гомогенізатора |
| publisher |
Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України |
| publishDate |
2012 |
| topic_facet |
Динамика и прочность машин |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99063 |
| citation_txt |
Дослідження робочого процесу роторно-динамічного агрегату гомогенізатора / М.С. Овчаренко // Проблемы машиностроения. — 2012. — Т. 15, № 3-4. — С. 96-99. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
| series |
Проблемы машиностроения |
| work_keys_str_mv |
AT ovčarenkoms doslídžennârobočogoprocesurotornodinamíčnogoagregatugomogenízatora |
| first_indexed |
2025-07-07T07:27:02Z |
| last_indexed |
2025-07-07T07:27:02Z |
| _version_ |
1836972217461637120 |
| fulltext |
ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ В МАШИНОСТРОЕНИИИ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2015, Т. 15, № 3–4 96
В результате выполненной работы получены следующие данные об эффективности
ТКУ, применяемой на КС Уренгойского НГКМ:
1. Расчетное значение эксергетического КПД блочно-комплектной ТКУ КС Урен-
гойского НГКМ находится в диапазоне 0,137…0,163 в зависимости от режимов работы в
зимний и летний периоды. Значение эксергетического КПД установки для зимнего режима
работы без УТВГ, установленного по фактическим параметрам, составляет 0,106.
2. Термодинамическая эффективность основных функциональных элементов ТКУ
составляет 996,0939,0СППГ
ex ÷=η ; 192,0135,0ТКА
ex ÷=η ; 894,085,0НТС
ex ÷=η .
3. Принципы и подходы, изложенные в данной работе, могут быть использованы в
дальнейшем для создания инженерной методики расчета эффективности технологических
схем ТКУ с учетом различных условий эксплуатации установок нефтяной и газовой про-
мышленности.
Литература
1. Парафейник В. П. Научные основы совершенствования турбокомпрессорных установок с газотур-
бинным приводом: Автореф. дис. … д-ра техн. наук. – Харьков, 2009. – 41 с.
2. Бродянский В. М. Эксергетический метод и его приложения / В. М. Бродянский, В. Фратшер,
К. Михалек. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 288 с.
3. Соколов Е. Я. Энергетические основы трансформации тепла и процессов охлаждения: Учеб. посо-
бие для вузов – 2-е изд., перераб. / Е. Я. Соколов, В. М. Бродянский. –М.: Энергоиздат, 1981. –
320 с.
4. Шаргут Я. Эксергия / Я. Шаргут, Р. Петела. – М.: Энергия, 1968. – 280 с.
5. Прилипко С. А. Анализ эффективности блочно-комплектной турбокомпрессорной установки при-
родного газа с газотурбинным приводом / С. А. Прилипко, В. П. Парафейник, И. Н. Тертышный //
Техн. газы. – 2012. – № 4. – С. 39–47.
6. Язик А. В. Системы и средства охлаждения природного газа / А. В. Язик.– М.: Недра, 1986. – 200 с.
7. Андреев Л. П. Обобщенное уравнение связи К.П.Д. энергоиспользующей системы и К.П.Д. ее эле-
ментов / Л. П. Андреев // Изв. вузов. Энергетика. – 1982. – № 3. – С. 77–82.
8. Степанов В. С. Расчет химической эксергии и эксергии технических топлив / В. С. Степанов,
Т. Б. Степанова // Энергетика: Изв. РАН. – 1994. – № 1. – С. 106–115.
Поступила в редакцию
29.09.12
УДК 001.891:65.011.56
М. С. Овчаренко
Сумський державний університет
(е-mail: miklovcharenko@gmail.com)
ДОСЛІДЖЕННЯ РОБОЧОГО ПРОЦЕСУ РОТОРНО-
ДИНАМІЧНОГО АГРЕГАТУ ГОМОГЕНІЗАТОРА
Проаналізовані причини, що не дозволяють використовувати існуючі роторні агрегати
– гомогенізатори для технологічних процесів з високими вимогами до дисперсності ро-
бочого середовища. Запропоновано спосіб розв’язання проблеми. Створено дослідний
зразок роторно-динамічного агрегату гомогенізатора (РДАГ), що дозволив знайти за-
лежності між конструктивними параметрами робочих органів та гідродинамічними
ефектами в проточній частині. Проведено параметричні випробування різних конфігу-
рацій проточних частин РДАГ.
Проанализированы причини, не позволяющие использовать существующие роторные
агрегаты – гомогенизаторы для технологических процессов с высокими требованиями к
дисперсности рабочей среды. Предложен способ решения проблемы. Создан опытный
образец роторно-динамического агрегата гомогенизатора (РДАГ), который позволил
найти зависимости между конструктивными параметрами рабочих органов и гидро-
ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ В МАШИНОСТРОЕНИИИ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2012, Т. 15, № 3–4 97
динамическими эффектами в проточной части. Проведены параметрические испыта-
ния различных конфигураций проточных частей РДАГ.
Вступ
На сьогодні все більша кількість продукції в своєму технологічному процесі має такі
процеси як подрібнення, перемішування, гомогенізація та перекачування. Майже всі рідкі
продукти харчової, хімічної та фармацевтичної промисловості проходять зазначені стадії
обробки. В харчовій галузі якість подрібнення та гомогенізації продукту є ключовою, саме
від цих процесів залежать смакові та ароматні властивості, структура та консистенція, колір
та зовнішній вигляд [1]. Також від якості гомогенізації залежить схильність готового проду-
кту до розшарування протягом часу, що є фактором збереження товарного вигляду. В хіміч-
ній та фармацевтичній галузі процеси, пов’язані з подрібненням, перемішуванням та перека-
чуванням, також є ключовими, від них залежить якість, ефективність та швидкість протікан-
ня хімічних реакцій при приготуванні суспензій та емульсій.
Процеси перемішування характеризуються двома основними факторами: ефективні-
стю перемішування та витратою енергії. Під ефективністю перемішування ми розуміємо
якість досягнутого результату за одиницю часу. Ще одним фактором є дисперсність готово-
го продукту, оскільки в багатьох технологічних процесах вона є ключовою. В роботі розгля-
нуто лише роторно-динамічні та роторно-пульсаційні агрегати, оскільки вони в порівнянні з
лопатевими чи пропелерними мішалками дозволяють отримати набагато кращі показники
дисперсності продукту та мають більшу ефективність.
Постановка проблеми
Сучасні виробництва для отримання продуктів з високими вимогами до дисперсності
використовують установки високого тиску, плунжерні чи інші гомогенізатори, робочий
процес яких складається з двох стадій: створення об’ємним насосом високого тиску (до
20 МПа) робочого середовища та подальше дроселювання його в малому зазорі робочої ка-
мери. Недоліком таких установок є значна енергоємність при невеликій продуктивності та
при однопрохідному циклі можливість потрапляння крупних частинок до готової продукції
[2].
Альтернативою є машини з багатофакторним впливом на робоче середовище, до
яких можна віднести роторно-пульсаційні агрегати (РПА), принцип роботи яких базується
на нестаціонарності потоків речовини, енергії та імпульсу [3]. Схема роботи каналів ротора
та статора такої машини зображена на рис. 1. При роботі РПА одночасно відбувається цілий
ряд ефектів: пульсації тиску та швидкості, кавітація, кумулятивні ефекти та високі градієнти
а) б)
Рис. 1. Канали ротора та статора:
а) – РПА; б) – РДАГ
ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ В МАШИНОСТРОЕНИИИ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2015, Т. 15, № 3–4 98
швидкості. Таким чином, РПА являють собою ефективну та надійну машину, але, як і гомо-
генізатори високого тиску, при однопрохідному циклі мають певний рівень крупних части-
нок в готовому продукті.
Проаналізувавши робочий процес та конструкцію проточної частини, було виявлено,
що потрапляння крупних частинок до напірної камери відбувається при співпаданні каналів
ротора та статора (рис. 1, а).
Враховуючи це, було спроектовано нову машину – роторно-динамічний агрегат го-
могенізатор (РДАГ). Головною конструктивною відміною від РПА було нахилення каналів
ротора відносно статора (рис. 1, б). Така конструктивна зміна не унеможливлює відкриття
прямого току рідини з всмоктування до напірної камери, що, в свою чергу, не дає потрапля-
ти негомогенізованим частинкам до готового продукту, минаючи проміжні ступені агрегату.
Але за рахунок незначної конструктивної зміни робочий процес агрегату став іншим. В ма-
шині такого класу перемішування відбувається не за рахунок кавітації чи кумулятивних
ефектів, а за рахунок високих градієнтів швидкості в зазорах між ступенями та за рахунок
утворення локальних вихрових структур при проходженні каналу ротора навпроти каналу
статора.
Для дослідження робочого процесу РДАГ на кафедрі прикладної гідроаеромеханіки
Сумського державного університету було спроектовано дослідний стенд, який дозволяє
знайти залежності між конструктивними параметрами проточної частини та енергетичними
характеристиками машини. План експерименту передбачав дослідження впливу на спожи-
вану потужність та витрати агрегату таких параметрів:
– частоти обертання ротора – від 1000 до 6000 об/хв;
– діаметр робочого колеса – до 175 мм;
– кількість каналів ротора та статора – від 2 до 16;
– ширина каналу – від 5 до 10 мм;
– глибина ступеня – від 5 до 25 мм.
При постійних осьових зазорах в 0,5 мм та радіальному зазорі в 0,25 мм кут нахилу
каналів ротора до статора в усіх експериментах був прийнятий 15 º.
На рис. 2 наведені напір-витратні характеристики РДАГ при встановленні проточних
частин з різною кількістю каналів ротора та статора.
В усіх експериментах діаметр робочого колеса був 175 мм, частота обертання ротора
3000 об/хв, ширина каналу 6 мм.
Ряд 1 відображає характеристику проточної частини без каналів, ряд 2 – при двох
каналах ротора під кутом 15 ° та двох радіальних каналах статора, ряд 3 – при 4 каналах ро-
тора та статора та ряд 4 – при 8 мм каналах відповідно.
Рис. 2. Напір-витратні характеристики при збільшенні кількості каналів
ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ В МАШИНОСТРОЕНИИИ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2012, Т. 15, № 3–4 99
Висновки
В результаті проведеної роботи проаналізовані недоліки гомогенізаторів, що зараз
використовуються на підприємствах України. Враховуючи їх, було спроектовано, виготов-
лено та досліджено дослідний зразок роторно-динамічного агрегату гомогенізатора.
РДАГ показав себе як ефективний та надійний пристрій, що відповідає сучасним по-
требам виробництв. В порівнянні з плунжерними гомогенізаторами РДАГ споживає втричі
меншу потужність, має в чотири рази менші масогабаритні параметри та значно дешевший.
В порівнянні з РПА розроблений агрегат дозволяє отримати продукт з необхідним
рівнем дисперсії за один прохід та майже не втрачає своїх параметрів при розмиванні зазору
між ступенями.
Література
1. Шевелёва Г. И. Контроль качества продукции / Г. И. Шевелёва. – Кемерово: КемТИПП, 2004. –
140 с.
2. Бредихин С. А. Технология и техника переработки молока / С. А. Бредихин, Ю. В. Космодемян-
ский, В. Н. Юрин. – М.: Колос, 2003. – 400 с.
3. Промтов М. А. Пульсационные аппараты роторного типа: Теория и практика / М. А. Промтов. –
М.: Машиностроение, 2001. – 260 с.
Надійшла до редакції
29.09.12
|